拓扑约瑟夫森参量放大器阵列：一种定向、宽带、低噪声放大方案

低噪声微波放大器在量子技术与射电天文等领域探测微弱信号至关重要。然而，设计理想放大器颇具挑战，因其须覆盖宽频范围、添加极小噪声且具定向性——仅放大观测者方向信号，同时保护源免受环境干扰。本工作中，我们证明非线性耦合的约瑟夫森参量放大器(JPA)阵列可借助拓扑效应 collectively 作为定向宽带量子放大器运作。通过施加具有非均匀振幅与线性递增相位的集体四波混频泵浦，我们在 JPA 阵列中打破时间反演对称性，并稳定一个拓扑放大 regime，其中信号在一个方向指数放大而在相反方向指数抑制。我们展示含少数站点 $N\sim 11-17$ 的紧凑器件可实现卓越性能：在数百 MHz 至 GHz 带宽上增益超 20 dB，且全频反向隔离抑制后向噪声超 30 dB。该器件亦近量子噪声极限运作，并对高达 15% 制造无序提供拓扑保护，有效抑制增益波纹。放大器内在定向性免除了对外置隔离器需求，为全片上近理想超导前置放大器铺平道路。